(57)【要約】  タービン翼（１０）は、翼内部（１１）内に位置する半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）を画成する細長い中空体（２６）を備える。壁近傍冷却通路（７２，７４）を組み込む半径方向流路対（Ｂ，Ｅ／Ｃ，Ｄ）が、細長い中空体（２６）の両側に形成されており、これらの半径方向流路対は直列の流れ関係でクーラントを互いに逆の半径方向に導いて、蛇行する冷却路（６０ａ，６０ｂ）を形成している。蛇行する冷却路（６０ａ，６０ｂ）の下流の半径方向流路（Ｃ，Ｄ）は半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）に流体的に接続されている。蛇行する冷却路からの相対的に加熱されたクーラントが、半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）内へと変向され、細長い中空体（２６）を加熱する。次いで、クーラントは細長い中空体（２６）に設けられたインピンジメント開口（９０）を介して、それぞれ正圧側の壁（１６）および負圧側の壁（１８）に隣接する第１および第２のインピンジメント容積（１０２，１０４）内へと排出される。これにより、細長い中空体（２６）と外壁（１４）との間の温度勾配が低減される。
2019526011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン翼（１０）であって、
翼内部（１１）を画定する外壁（１４）であって、タービンエンジンの半径方向に沿って翼幅方向に延在しており、前縁（２０）および後縁（２２）で互いに接合される正圧側の壁（１６）と負圧側の壁（１８）とから形成される、外壁（１４）と、
前記正圧側の壁（１６）と前記負圧側の壁（１８）とを半径方向の広がりに沿って接続する、前記翼内部（１１）に位置する複数の隔壁（２４）と、
一対の隣接する隔壁（２４）間に位置する少なくとも１つの細長い中空体（２６）であって、該中空体の内部に半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）を有している、細長い中空体（２６）と、
前記細長い中空体（２６）を、半径方向の広がりに沿って前記正圧側の壁（１６）および前記負圧側の壁（１８）にそれぞれ接続する、第１および第２のコネクタリブ（３２，３４）と、を備え、
直列の流れ関係でクーラントを互いに逆の半径方向に導く上流の半径方向流路（Ｂ，Ｅ）と下流の半径方向流路（Ｃ，Ｄ）とを有する蛇行する冷却路（６０ａ，６０ｂ）が形成されており、各半径方向流路（Ｂ，Ｅ／Ｃ，Ｄ）は、流れ横断面に、前記細長い中空体（２６）と前記正圧側の壁（１６）との間に画成された第１の壁近傍冷却通路（７２）と、前記細長い中空体（２６）と前記負圧側の壁（１８）との間に画成された第２の壁近傍冷却通路（７４）と、前記細長い中空体（２６）と前記隔壁（２４）のうちのそれぞれ１つとの間に画成されていて、前記第１の壁近傍冷却通路（７２）と前記第２の壁近傍冷却通路（７４）とを接続する接続通路（７６）と、を有しており、
当該タービン翼（１０）はさらに、
前記細長い中空体（２６）を、半径方向の広がりに沿って前記正圧側の壁（１６）および前記負圧側の壁（１８）にそれぞれ接続する第３および第４のコネクタリブ（９２，９４）であって、第１のインピンジメント容積（１０２）と第２のインピンジメント容積（１０４）とを画成するように、前記第１および第２のコネクタリブ（３２，３４）からそれぞれ離間されている、第３および第４のコネクタリブ（９２，９４）を備え、
前記下流の半径方向流路（Ｃ，Ｄ）は前記半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）に流体的に接続されており、これにより、前記蛇行する冷却路（６０ａ，６０ｂ）からの相対的に加熱されたクーラントが前記半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）内へと向けられて前記細長い中空体（２６）を加熱し、次いで、前記細長い中空体（２６）に設けられたインピンジメント開口（９０）を介して、前記正圧側の壁（１６）と前記負圧側の壁（１８）とにそれぞれ隣接する前記第１のインピンジメント容積（１０２）および前記第２のインピンジメント容積（１０４）内へと排出され、これにより、前記細長い中空体（２６）と前記外壁（１４）との間の温度勾配が減じられる、
タービン翼（１０）。
【請求項２】
前記インピンジメント開口（９０）は、前記細長い中空体（２６）の翼幅方向の広がりに沿って配置されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項３】
前記インピンジメント開口（９０）のうちの少なくともいくつかは、前記正圧側の壁（１６）および前記負圧側の壁（１８）に衝突するようにクーラントを変向させるような向きにされている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項４】
前記インピンジメント開口（９０）のうちの少なくともいくつかは、前記第１および第２のコネクタリブ（３２，３４）および／または前記第３および第４のコネクタリブ（９２，９４）に衝突するようにクーラントを変向させるような向きにされている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項５】
前記第１および第２のインピンジメント容積（１０２，１０４）内の前記クーラントは、前記正圧側の壁（１６）および前記負圧側の壁（１８）に形成された排出開口（１１０）を経由して前記翼（１０）から排出される、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項６】
前記排出開口（１１０）は、フィルム冷却穴（１１０）として構成されている、請求項５記載のタービン翼（１０）。
【請求項７】
前記半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）と前記第１および第２のインピンジメント容積（１０２，１０４）とは、前記翼（１０）の内側で半径方向に延在しており、一方の半径方向端部で閉鎖されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項８】
前記上流の半径方向流路（Ｂ，Ｅ）と前記下流の半径方向流路（Ｃ，Ｄ）とは、翼弦方向の流路（８０ａ，８０ｂ）を介して流体的に接続されており、該翼弦方向の流路は、前記半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）と前記第１および第２のインピンジメント容積（１０２，１０４）の閉鎖された端部の上方のクーラント流の向きを変える、請求項７記載のタービン翼（１０）。
【請求項９】
前記半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）と前記第１および第２のインピンジメント容積（１０２，１０４）とは、翼先端（５２）の近傍で閉鎖されている、請求項７記載のタービン翼（１０）。
【請求項１０】
前記上流の半径方向流路（Ｂ，Ｅ）は、前記翼（１０）の外部のクーラント供給部に接続されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項１１】
前記蛇行する冷却路の下流の半径方向流路（Ｃ，Ｄ）の下流端部は、前記細長い中空体（２６）の前記半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）に、前記翼（１０）のプラットフォーム（５８）の半径方向内側に位置するコネクタ通路（５０ａ，５０ｂ）を介して流体連通されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項１２】
前縁冷却回路（６２）および／または後縁冷却回路（６４）をさらに備え、該前縁冷却回路（６２）および／または該後縁冷却回路（６４）のそれぞれは、前記蛇行する冷却路（６０ａ，６０ｂ）とは独立して前記翼の外部のクーラント供給部からクーラントを受け取る、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項１３】
前記上流の半径方向流路（Ｂ，Ｅ）と前記下流の半径方向流路（Ｃ，Ｄ）とは、対称的に対向する流れ横断面を有している、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項１４】
複数の細長い中空体（２６）を備え、
各細長い中空体（２６）は、その内部に半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）を画成しており、かつ隣接する隔壁（２４）の各対の間に位置しており、
各細長い中空体（２６）は、半径方向の広がりに沿って、それぞれ第１のコネクタリブ（３２）および第２のコネクタリブ（３４）を介して、前記正圧側の壁（１６）および前記負圧側の壁（１８）に接続されており、これによって、各細長い中空体（２６）には、独立した蛇行する冷却路（６０ａ，６０ｂ）が関連付けられており、各蛇行する冷却路（６０ａ，６０ｂ）は、
直列の流れ関係でクーラントを互いに逆の半径方向に導く上流の半径方向流路（Ｂ，Ｅ）と下流の半径方向流路（Ｃ，Ｄ）とを有しており、各半径方向流路（Ｂ，Ｅ／Ｃ，Ｄ）は、流れ横断面に、前記細長い中空体（２６）と前記正圧側の壁（１６）との間に画成された第１の壁近傍冷却通路（７２）と、前記細長い中空体（２６）と前記負圧側の壁（１８）との間に画成された第２の壁近傍冷却通路（７４）と、前記細長い中空体（２６）と前記隔壁（２４）のうちのそれぞれ１つとの間に画成されていて、前記第１の壁近傍冷却通路（７２）と前記第２の壁近傍冷却通路（７４）とを接続する接続通路（７６）と、を有しており、
前記細長い中空体（２６）はさらに、半径方向の広がりに沿って、前記正圧側の壁（１６）および前記負圧側の壁（１８）にそれぞれ第３および第４のコネクタリブ（９２，９４）を介して接続されており、該第３および第４のコネクタリブ（９２，９４）はそれぞれ、第１のインピンジメント容積（１０２）と第２のインピンジメント容積（１０４）とを画成するように、前記第１および第２のコネクタリブ（３２，３４）から離間されており、
前記下流の半径方向流路（Ｃ，Ｄ）は前記半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）に流体的に接続されており、これにより、前記蛇行する冷却路（６０ａ，６０ｂ）からの相対的に加熱されたクーラントが前記半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）内へと変向されて前記細長い中空体（２６）を加熱し、その後、前記細長い中空体（２６）に設けられたインピンジメント開口（９０）を介して、前記正圧側の壁（１６）と前記負圧側の壁（１８）とにそれぞれ隣接する前記第１のインピンジメント容積（１０２）および前記第２のインピンジメント容積（１０４）内へと排出され、これにより、前記細長い中空体（２６）と前記外壁（１４）との間の温度勾配が減じられる、
請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項１５】
前記蛇行する冷却路（６０ａ，６０ｂ）のそれぞれは、互いに独立して、かつ前記翼（１０）の前縁冷却回路（６２）および後縁冷却回路（６４）とは独立して、前記翼（１０）の外部のクーラント供給部からクーラントを受け取る、請求項１４記載のタービン翼（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にタービン翼に関し、より詳細には、翼を通るクーラントを導くための内部冷却通路を有するタービン翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンなどのターボ機械では、圧縮機区分で空気が加圧され、次いで燃料と混合され、燃焼機区分で燃焼されて、高温燃焼ガスが発生する。高温の燃焼ガスは、エンジンのタービン区分で膨張して、ここでエネルギが抽出されて、圧縮機区分へと動力を与え、発電機を回して発電するといった有用な仕事を生み出す。高温の燃焼ガスは、タービン区分内の一連のタービン段を移動する。１つのタービン段は、一列の固定翼、すなわちベーンと、それに続く一列の回転翼、すなわちタービンブレードとを有していてよく、タービンブレードは、出力電力を供給するために、高温燃焼ガスからエネルギを抽出する。翼、すなわちベーンおよびタービンブレードは、高温の燃焼ガスに直接さらされるので、通常、翼には内部冷却通路が設けられており、この内部冷却通路は、圧縮機抽気などのクーラントを、翼を通して導く。
【０００３】
１つの形式の翼は、根元端部の半径方向内側のプラットフォームから翼の半径方向外側部へと延在しており、半径方向に沿って翼幅方向に延在しかつ翼の前縁から後縁へと軸方向に延在する、互いに対向する正圧側の壁と負圧側の壁とを有している。冷却通路は、翼の内側で、正圧側の壁と負圧側の壁との間に延在しており、クーラントを交互に半径方向に翼を通して導くことができる。冷却通路により、正圧側の壁と負圧側の壁とから熱が除去され、これによりこれら部品の過熱が阻止される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
簡単に述べると、本発明の態様は、中央体温度制御のための１つ以上の独立した冷却回路を有するタービン翼を提供する。
【０００５】
本発明の態様によると、タービン翼は、翼内部を画定する外壁を有している。この外壁は、タービンエンジンの半径方向に沿って翼幅方向に延在しており、前縁および後縁で互いに接合される正圧側の壁と負圧側の壁とから形成されている。翼内部には複数の隔壁が位置しており、正圧側の壁と負圧側の壁とを半径方向の広がりに沿って接続している。一対の隣接する隔壁間に、少なくとも１つの細長い中空体が位置している。この細長い中空体はその内部に半径方向キャビティを画成している。この細長い中空体を半径方向の広がりに沿って正圧側の壁および負圧側の壁にそれぞれ接続する第１および第２のコネクタリブが設けられている。蛇行する冷却路が形成されており、この蛇行する冷却路は、直列の流れ関係でクーラントを互いに逆の半径方向に導く上流の半径方向流路および下流の半径方向流路を有している。各半径方向流路は、流れ横断面に、細長い中空体と正圧側の壁との間に画成された第１の壁近傍冷却通路と、細長い中空体と負圧側の壁との間に画成された第２の壁近傍冷却通路と、細長い中空体と隔壁のうちのそれぞれ１つとの間に画成されていて、第１の壁近傍冷却通路と第２の壁近傍冷却通路とを接続する接続通路と、を有している。半径方向流路は直列に流体的に接続されており、クーラントを逆の半径方向に導いて、蛇行する冷却路を形成する。翼はさらに、第３および第４のコネクタリブを有しており、第３および第４のコネクタリブはそれぞれ、細長い中空体を半径方向の広がりに沿って正圧側の壁および負圧側の壁に接続する。第３および第４のコネクタリブはそれぞれ、第１のインピンジメント容積と第２のインピンジメント容積とを画成するように、第１および第２のコネクタリブから離間されている。下流の半径方向流路は、半径方向キャビティに流体的に接続されており、これにより、蛇行する冷却路からの相対的に加熱されたクーラントが、半径方向キャビティ内へと方向付けられ、細長い中空体を加熱する。次いで、クーラントは細長い中空体に設けられたインピンジメント開口を介して、それぞれ正圧側の壁および負圧側の壁に隣接する第１および第２のインピンジメント容積内へと排出される。これにより、細長い中空体と外壁との間の温度勾配が低減される。
【０００６】
本発明は、図面の助けを借りてさらに詳しく示されている。図面は好適な構造を示しており、本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態によるタービン翼の例を示す斜視図である。
【図２】本発明の態様を示す、図１の切断面ＩＩ−ＩＩに沿ったタービン翼の断面図である。
【図３】一実施形態による翼を通る例としての流れ方式を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
好適な実施形態の以下の詳細な説明では、その一部を形成する添付の図面が参照され、図面には、例として、限定としてではなく、本発明を実施可能な特定の実施形態が示されている。別の実施形態を使用することもでき、その変更は、本発明の思想と範囲を逸脱することなく行うことができる。
【０００９】
本発明の態様は、内部冷却されるタービン翼に関する。ガスタービンエンジンでは、タービン翼内の内部冷却通路へと供給されるクーラントはしばしば、圧縮機区分から分岐された空気を含む。熱伝達率に基づき高い冷却効率に到達するということは、冷却のために圧縮機から分岐された冷却空気の流速を最小にするための設計上の重要な検討事項である。多くのタービンブレードおよびベーンは、前縁および後縁で互いに接合される正圧側の壁と負圧側の壁とを有する二壁構造を有している。内部冷却通路は、正圧側の壁と負圧側の壁とを、直接線形的に接続する内部隔壁またはリブを使用して形成される。上述の設計は、低い熱応力レベルを提供するが、その単純な前方または後方に流れる蛇行形状の冷却通路および比較的大きな流れ横断面積に起因して、増大したクーラント流により熱効率に制限をもたらす恐れがある。上述したような典型的な二壁タービン翼では、半径方向のクーラント流のかなりの部分が、正圧側の壁と負圧側の壁との間の流れ横断面の中央に向かって留まり、したがって、対流冷却のためには十分に活用されていない。
【００１０】
目標とする翼外壁との対流的な熱伝達のために効率的にクーラントを利用するという問題に対応するために、本出願人によって出願された、参照によりその全体が本明細書に援用される国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１５／０４７３３２号に開示されるような、壁近傍冷却を実施する技術が開発された。要するに、このような壁近傍冷却技術は、クーラントの流れ横断面積を減らすために、細長い中空体の形状の流れ変位エレメントを使用しており、これにより、対流的な熱伝達が向上し、さらに流れ横断面が狭くなった結果として、目標壁速度も向上する。さらに、これにより、クーラント流が流れ横断面の中央から、最も冷却が必要な高温の壁、すなわち正圧側の壁および負圧側の壁へと移動するので、クーラントが効率的に利用される。上述した技術は、特に低いクーラント流要素のために良好に働くが、上述した壁近傍冷却技術に対する改善も望まれる。本願発明者らは、ブレードの中央体部分は一般に過剰に冷却されており、改善の適切な目標となり得ることを認識した。したがって、本発明の実施形態は、上述した壁近傍冷却技術の改善を提供する。
【００１１】
図１を参照すると、一実施形態によるタービン翼１０が示されている。図示したように、この翼１０は、ガスタービンエンジン用のタービンブレードである。しかしながら、本発明の態様はさらに、ガスタービンエンジンの固定ベーンにも組み込むことができることに留意されたい。翼１０は、例えば軸流ガスタービンエンジンの高圧段での使用に適合された外壁１４を有していてよい。外壁１４は、タービンエンジンの半径方向Ｒに沿って翼幅方向に延在しており、略凹状の形状の正圧側の壁１６と、略凸状の形状の負圧側の壁１８とを含む。正圧側の壁１６と負圧側の壁１８とは、前縁２０かつ後縁２２で互いに接合されている。外壁１４は、プラットフォーム５８の根元５６に連結されていてよい。根元５６は、タービンエンジンのディスク（図示せず）にタービン翼１０を連結することができる。外壁１４は、半径方向外側端面または翼先端５２によって、かつプラットフォーム５８に連結された半径方向内側端面５４によって、半径方向で画定されている。別の実施形態では、翼１０は、タービンエンジンのタービン区分の内径に連結された半径方向内側端面と、タービンエンジンのタービン区分の外径に連結された半径方向外側端面と、を有する固定タービンベーンであってよい。
【００１２】
図１および図２を参照すると、外壁１４は、内部の冷却通路を有する翼内部１１を画定しており、内部の冷却通路は、根元５６を通っている１つ以上のクーラント供給通路（図示せず）を介して、クーラント、例えば圧縮機区分（図示せず）からの空気を受け取ることができる。翼内部１１には、複数の隔壁２４が互いに間隔を置いて配置されている。隔壁２４は、半径方向の広がりに沿って延びており、正圧側の壁１６と負圧側の壁１８とを接続して、内部キャビティ４０を画成している。内部キャビティ４０は内部冷却通路として機能し、これらは個々にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆとして識別される。
【００１３】
本発明の実施形態は、１つ以上の中央体冷却回路を備えており、この中央体冷却回路では、クーラントが、翼１０の外部のクーラント源、例えば圧縮機抽気から、翼１０に入り、少なくともいくつかの内部冷却通路を通って移動し、したがって、正圧側の壁１６と負圧側の壁１８とに沿って形成された排出オリフィス１１０を介して翼１０から放出される前に、高温の外壁１４からの熱を吸収する。図示した実施形態では、排出オリフィス１１０は、フィルム冷却穴として形成されている。図示した実施形態はさらに、中央体冷却回路とは独立して、外部のクーラント供給部からのクーラントを受け取る前縁冷却回路および後縁冷却回路の１つ以上の通路を備えていてよい。前縁冷却回路および後縁冷却回路はそれぞれ、前縁２０に隣接して形成された前縁クーラントキャビティＬＥＣに、および後縁２２に隣接して形成された後縁クーラントキャビティＴＥＣに、クーラントを導いて、それぞれ前縁２０および後縁２２を冷却する。クーラントは、前縁２０および後縁２２に沿って位置する排出オリフィス２７および２９を介して、キャビティＬＥＣおよびＴＥＣから翼１０を出ていく。図面には明示されていないが、排出オリフィスは、正圧側の壁１６、負圧側の壁１８、および翼先端５２のいずれの場所も含む複数の個所に設けられていてよいことを理解されたい。
【００１４】
図２を参照すると、１つ以上の細長い中空体２６が、それぞれ１つの内部キャビティ４０内に位置していてよい。この例では、このような２つの細長い中空体２６が示されており、各中空体は、半径方向（図２の平面に対して垂直方向）で細長く、その内部に半径方向キャビティＴ１，Ｔ２を画成している。各半径方向キャビティＴ１，Ｔ２は、翼１０の翼幅に沿って半径方向に延在しており、この例では翼先端５２の近傍に位置する翼の第１端部で閉鎖されている。翼１０の中心に細長い中空体２６が存在していることにより、内部キャビティ４０内のクーラント流の大部分が高温の外壁１４に向かって移動し、正圧側の壁１６および負圧側の壁１８に沿って壁近傍の効率的な冷却を行う。図示するように、第１のコネクタリブ３２と第２のコネクタリブ３４とが設けられており、これらコネクタリブはそれぞれ、細長い中空体２６を、半径方向の広がりに沿って正圧側の壁１６および負圧側の壁１８に接続する。好適な実施形態では、細長い中空体２６と第１および第２のコネクタリブ３２，３４とは、挿入時に後からの製造的な組立てを必要としない任意の製造技術を利用して、翼１０と一体的に製造することができる。一例では、細長い中空体２６を、例えばセラミック鋳造コアから、翼１０と一体的に鋳造することができる。別の製造技術は、例えば、３Ｄプリントなどの付加製造プロセスを含んでよい。これにより、本発明の態様は、３Ｄ輪郭を有するブレードおよびベーンを備える、高度に輪郭付けされた翼のために利用することができる。しかしながら、例えばとりわけ、（溶接、ろう付け等による）組立て、または塑性成形を含むその他の製造技術も本発明の範囲内にある。
【００１５】
細長い中空体２６の図示した断面形状は例である。細長い中空体２６の正確な形状は、他の要因のなかでも、その中空体が配置されている各キャビティ４０の形状に依存してよい。図示した実施形態では、各細長い中空体２６は、第１および第２の対向する側面８２および８４を有している。第１の側面８２は正圧側の壁１６から間隔を置いて位置しており、これにより、第１の側面８２と正圧側の壁１６との間に、半径方向に延在する第１の壁近傍冷却通路７２が画成される。第２の側面８４は負圧側の壁１８から間隔を置いて位置しており、これにより、第２の側面８４と負圧側の壁１８との間に、半径方向に延在する第２の壁近傍冷却通路７４が画成される。各細長い中空体２６はさらに、第１および第２の側面８２および８４の間に延在する第３および第４の対向する側面８６および８８を有している。第３および第４の側面８６および８８はそれぞれ、各側の隔壁２４から間隔を置いて位置しており、各側面８６，８８と各隔壁２４との間にそれぞれ接続通路７６を画成している。各接続通路７６は、第１および第２の壁近傍冷却通路７２，７４の間に横方向に延在しており、半径方向の広がりに沿って第１および第２の壁近傍冷却通路７２および７４に接続されており、半径方向冷却流のための流れ横断面を画成している。接続通路７６を設けることにより、翼１０内の熱応力が低減され、好ましくは細長い中空体２６と各隔壁２４との間のギャップを構造的にシールするよりも好ましい場合がある。
【００１６】
図２に示したように、各キャビティ４０内の細長い中空体２６によって占有される容積に起因して、内部冷却通路Ｂ，Ｃ，Ｄ，およびＥのそれぞれに生じる流れ横断面は略Ｃ字形であり、第１および第２の壁近傍冷却通路７２，７４と各接続通路７６とによって形成されている。さらに、図示するように、対称的に対向するＣ字形の流れ横断面の隣接する内部冷却通路対が、各細長い中空体２６の両側に形成されている。例えば、隣接する内部冷却通路対Ｂ，Ｃは、対称的に対向するＣ字形の流れ横断面を有している。同様の説明が、隣接する内部冷却通路対Ｄ，Ｅにも適用できる。この文脈における「対称的に対向する」という用語は、特に高度に輪郭付けされた翼では多くの場合達成することができない、流れ横断面の正確な寸法の対称に限定することを意味するものではないことに留意されたい。そうではなく、本明細書で使用される場合、「対称的に対向する」という用語は、内部冷却通路の流れ横断面を形成する要素（すなわち、この例では、壁近傍冷却通路７２，７４と接続通路７６とである）の対称的に対向する相対的な幾何形状を意味する。さらに、図示したＣ字形の流れ横断面は例示的なものである。代替的な実施形態は、例えば、壁近傍冷却通路７２，７４と接続通路７６とによって画成されるＨ字形の流れ横断面を使用してもよい。各対Ｂ，ＣおよびＤ，Ｅの内部冷却通路は、直列の流れ関係で接続されてよく、クーラントを互いに反対側の半径方向に導いて、それぞれ蛇行する冷却路を形成する。
【００１７】
図３は、一実施形態による翼を通る例としての流れ方式を示す流れ図である。図２および図３を併せて参照すると、図示した実施形態は、それぞれ細長い中空体２６と、関連する第１および第２のコネクタリブ３２，３４との周囲を蛇行する冷却路６０ａ，６０ｂをそれぞれ含む独立した冷却回路を提供する。この例では、第１の蛇行する冷却路６０ａが、翼弦方向で前方から後方へ向かう方向に延在しており、上流の半径方向流路Ｂと下流の半径方向流路Ｃとを含み、これら流路は、翼弦方向の流路８０ａによって直列に接続されている。同様に、第２の蛇行する冷却路６０ｂが、翼弦方向で後方から前方へ向かう方向に延在しており、上流の半径方向流路Ｅと下流の半径方向流路Ｄとを含み、これら流路は、翼弦方向の流路８０ｂによって直列に接続されている。例示的な実施形態では、各蛇行する冷却路６０ａ，６０ｂでは、上流の半径方向流路Ｂ，Ｅは、翼１０の外部のクーラント源に、翼の根元５６のクーラント供給通路（図示せず）を介して接続されている。上流の半径方向流路Ｂ，Ｅにおける半径方向外側方向のクーラント流が、閉鎖された細長い半径方向キャビティＴ１，Ｔ２において向きを変えて、下流の半径方向流路Ｃ，Ｄ内で半径方向内側に向かって流れる。この場合、翼弦方向の流路８０ａ，８０ｂが、閉鎖された半径方向キャビティＴ１，Ｔ２と翼先端５２との間のギャップによって形成される。上流の半径方向流路Ｂ，Ｅおよびそれぞれ下流の半径方向流路Ｃ，Ｄの対称的に対向する流れ横断面は、翼弦方向の流路８０ａ，８０ｂにおける均一な流れの変向を保証する。
【００１８】
作動中、高温ガス路に直接さらされる外壁１４は、翼内部に位置する細長い中空体２６よりも著しく高い温度となる。本発明の態様によれば、各下流の半径方向流路ＣまたはＤは、各コネクタ通路５０ａ，５０ｂを介して、例えばプラットフォーム５８の半径方向内側にコア接続部により形成された各半径方向キャビティＴ１，Ｔ２に流体的に接続されている。したがって、蛇行する冷却路６０ａ，６０ｂからの相対的に加熱されたクーラントが、半径方向キャビティＴ１，Ｔ２内へと方向付けられ、細長い中空体２６を加熱する。次いで、各回路内のクーラントが、正圧側の壁１６および負圧側の壁１８に面する細長い中空体２６の壁に設けられたインピンジメント開口９０を介して、正圧側の壁１６および負圧側の壁１８に衝突する。これにより、細長い中空体２６と外壁１４との間の温度勾配の低減が達成される。インピンジメント開口９０は、正圧側の壁１６および負圧側の壁１８に面する細長い中空体２６の壁面上で翼幅方向の広がりに沿った列に配置されてよい。いくつかの実施形態では、１つの列における１つ以上の、または全てのインピンジメント開口９０が、第１および第２のコネクタリブ３２，３４および／または第３および第４のコネクタリブ９２，９４に衝突するようにクーラントを変向するような向きにされていてよい。
【００１９】
図示した実施形態では、衝突後のクーラントは、第１および第２の壁近傍冷却通路７２，７４から隔絶される。この目的で、図２に示したように、各細長い中空体２６には、第３および第４のコネクタリブ９２，９４が結合されている。第３のコネクタリブ９２と第４のコネクタリブ９４とはそれぞれ、細長い中空体２６を、半径方向の広がりに沿って正圧側の壁１６および負圧側の壁１８に接続する。第３および第４のコネクタリブ９２，９４はそれぞれ、正圧側の壁１６に隣接する第１のインピンジメント容積１０２と、負圧側の壁１８に隣接する第２のインピンジメント容積１０４とを画成するために、第１および第２のコネクタリブ３２，３４から離間されている。図２および図３に示したように、インピンジメント容積１０２および１０４はそれぞれ、正圧側の壁１６および負圧側の壁１８に衝突した後のクーラントを受け取る。インピンジメント容積１０２，１０４は、翼１０内で半径方向に延在しており、この場合、翼先端５２の近傍に位置する、インピンジメント容積１０２，１０４の半径方向端部で閉鎖されている。インピンジメント容積１０２，１０４の閉鎖された端部は、閉鎖された端部上方における翼弦方向の流路８０ａ，８０ｂ内で向きを変えた流れが、インピンジメント容積１０２，１０４内の衝突後のクーラントから隔絶されることを保証する。第１および第２のインピンジメント容積１０２，１０４内のクーラントは、正圧側の壁１６および負圧側の壁１８に形成された排出開口１１０を経由して翼１０から排出される。図示した実施形態では、排出開口１１０は、フィルム冷却穴１１０として構成されている。
【００２０】
こうして、図示した実施形態は、細長い中空体２６の比較的低温の壁と高温の正圧側の壁１６および負圧側の壁１８とから生じる、半径方向で熱によって発生した応力を減じるという利点を提供する。この場合、半径方向キャビティＴ１，Ｔ２は、使われていない容積として構成されているのではなく、内側から細長い中空体２６を加熱する予熱されたクーラントを有している。正圧側の壁１６および負圧側の壁１８にインピンジメント冷却およびフィルム冷却を加えることにより、正圧側の壁１６および負圧側の壁１８におけるコネクタリブ３２，３４および９２，９４の取付け領域を局所的に冷却することができる。上記のことが協働して、外壁１４と細長い中空体２６との間の温度勾配を実質的に低下させる。
【００２１】
図２に示した非限定的な本例は、流れ、金属温度、および圧力損失の独立的な制御のために、４つの区域Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４を含む。上述した実施形態は、翼１０の翼弦中央領域に位置する、区域Ｋ２およびＫ３のための独立した冷却回路に関する。区域Ｋ１およびＫ４は、図３に示したように前縁冷却回路６２および後縁冷却回路６４を有していてよい。区域Ｋ１およびＫ４の冷却回路は、区域Ｋ２およびＫ３のための冷却回路とは独立して翼１０の外部のクーラント源からクーラントを受け取る。例えば、区域Ｋ１用の冷却回路６２は、クーラント源を内部キャビティＡに接続する、根元５６に位置するクーラント供給通路（図示せず）を含んでいてよい。クーラントは、内部キャビティＡから、前縁クーラントキャビティＬＥＣに、例えばこれらの間に存在している隔壁２４に形成されたインピンジメント開口（図示せず）を介して、入ることができ、次いで、タービン翼１０の前縁２０を冷却するシャワーヘッドを集合的に形成する、外壁上の排出オリフィス２７を介して、高温ガス路内へと排出される。区域Ｋ４用の冷却回路６４は、クーラント源を内部キャビティＦに接続する、根元５６に位置するクーラント供給通路（図示せず）を含んでいてよい。内部キャビティＦは、後縁クーラントキャビティＴＥＣに流体連通されていてよい。後縁クーラントキャビティＴＥＣには、当業者には公知であるように、例えば攪拌機、またはピンフィン、またはこれらの組み合わせを有している後縁冷却機構（図示せず）が設けられていてよく、その後で、後縁２２に沿って位置する排出オリフィス２９を介して高温ガス路内に放出される。
【００２２】
図示した冷却方式は例示であり、別の構造が使用されてもよいことに留意されたい。例えば、図２には４つの独立的な冷却回路が示されているが、独立した冷却回路の実際の数は設計の選択の問題であってよい。さらに、蛇行する冷却路６０ａ，６０ｂの１つ以上が、図２に示した構造に関して翼弦方向で反転されていてもよい。固定ベーンの場合に特に適用可能であるさらに別の変化形では、蛇行する冷却路６０ａ，６０ｂの１つ以上が、半径方向で反転されていてもよく、ベーンセグメントの外径からクーラント供給を受け取り、上流の流路は半径方向内側に向けられていて、下流の流路は半径方向外側に向けられている。
【００２３】
図示した実施形態は、一対の壁近傍冷却通路が組み込まれた連続流れ横断面を維持しながら、より広い範囲のブレード圧力比、クーラント流速、および局所的な冷却を扱うための設計上の柔軟性の向上という利点を提供する。
【００２４】
特定の実施形態について詳細に説明してきたが、当業者であれば、本開示の全体的な教示に照らして、そのような詳細に対する様々な変更および代替案を開発できることがわかるだろう。したがって、開示された特定の構成は単なる例であって、添付の特許請求の範囲全体、およびこれに等価の任意のものと全てのものに与えられるべき、本発明の範囲について限定しようとするものではない。
【図１】
2019526011.tif 000003
【図２】
2019526011.tif 000004
【図３】
2019526011.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月25日(2019.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン翼（１０）であって、
翼内部（１１）を画定する外壁（１４）であって、タービンエンジンの半径方向に沿って翼幅方向に延在しており、前縁（２０）および後縁（２２）で互いに接合される正圧側の壁（１６）と負圧側の壁（１８）とから形成される、外壁（１４）と、
前記正圧側の壁（１６）と前記負圧側の壁（１８）とを半径方向の広がりに沿って接続する、前記翼内部（１１）に位置する複数の隔壁（２４）と、
一対の隣接する隔壁（２４）間に位置する少なくとも１つの細長い中空体（２６）であって、該中空体の内部に半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）を有している、細長い中空体（２６）と、
前記細長い中空体（２６）を、半径方向の広がりに沿って前記正圧側の壁（１６）および前記負圧側の壁（１８）にそれぞれ接続する、第１および第２のコネクタリブ（３２，３４）と、を備え、
直列の流れ関係でクーラントを互いに逆の半径方向に導く上流の半径方向流路（Ｂ，Ｅ）と下流の半径方向流路（Ｃ，Ｄ）とを有する蛇行する冷却路（６０ａ，６０ｂ）が形成されており、各半径方向流路（Ｂ，Ｅ／Ｃ，Ｄ）は、流れ横断面に、前記細長い中空体（２６）と前記正圧側の壁（１６）との間に画成された第１の壁近傍冷却通路（７２）と、前記細長い中空体（２６）と前記負圧側の壁（１８）との間に画成された第２の壁近傍冷却通路（７４）と、前記細長い中空体（２６）と前記隔壁（２４）のうちのそれぞれ１つとの間に画成されていて、前記第１の壁近傍冷却通路（７２）と前記第２の壁近傍冷却通路（７４）とを接続する接続通路（７６）と、を有しており、
当該タービン翼（１０）はさらに、
前記細長い中空体（２６）を、半径方向の広がりに沿って前記正圧側の壁（１６）および前記負圧側の壁（１８）にそれぞれ接続する第３および第４のコネクタリブ（９２，９４）であって、第１のインピンジメント容積（１０２）と第２のインピンジメント容積（１０４）とを画成するように、前記第１および第２のコネクタリブ（３２，３４）からそれぞれ離間されている、第３および第４のコネクタリブ（９２，９４）を備え、
前記下流の半径方向流路（Ｃ，Ｄ）は前記半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）に流体的に接続されており、これにより、前記蛇行する冷却路（６０ａ，６０ｂ）からの相対的に加熱されたクーラントが前記半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）内へと向けられて前記細長い中空体（２６）を加熱し、次いで、前記細長い中空体（２６）に設けられたインピンジメント開口（９０）を介して、前記正圧側の壁（１６）と前記負圧側の壁（１８）とにそれぞれ隣接する前記第１のインピンジメント容積（１０２）および前記第２のインピンジメント容積（１０４）内へと排出され、これにより、前記細長い中空体（２６）と前記外壁（１４）との間の温度勾配が減じられる、
タービン翼（１０）。
【請求項２】
前記インピンジメント開口（９０）は、前記細長い中空体（２６）の翼幅方向の広がりに沿って配置されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項３】
前記インピンジメント開口（９０）のうちの少なくともいくつかは、前記正圧側の壁（１６）および前記負圧側の壁（１８）に衝突するようにクーラントを変向させるような向きにされている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項４】
前記インピンジメント開口（９０）のうちの少なくともいくつかは、前記第１および第２のコネクタリブ（３２，３４）および／または前記第３および第４のコネクタリブ（９２，９４）に衝突するようにクーラントを変向させるような向きにされている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項５】
前記第１および第２のインピンジメント容積（１０２，１０４）内の前記クーラントは、前記正圧側の壁（１６）および前記負圧側の壁（１８）に形成された排出開口（１１０）を経由して前記翼（１０）から排出される、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項６】
前記排出開口（１１０）は、フィルム冷却穴（１１０）として構成されている、請求項５記載のタービン翼（１０）。
【請求項７】
前記半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）と前記第１および第２のインピンジメント容積（１０２，１０４）とは、前記翼（１０）の内側で半径方向に延在しており、一方の半径方向端部で閉鎖されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【請求項８】
前記上流の半径方向流路（Ｂ，Ｅ）と前記下流の半径方向流路（Ｃ，Ｄ）とは、翼弦方向の流路（８０ａ，８０ｂ）を介して流体的に接続されており、該翼弦方向の流路は、前記半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）と前記第１および第２のインピンジメント容積（１０２，１０４）の閉鎖された端部の上方のクーラント流の向きを変える、請求項７記載のタービン翼（１０）。
【請求項９】
前記半径方向キャビティ（Ｔ１，Ｔ２）と前記第１および第２のインピンジメント容積（１０２，１０４）とは、翼先端（５２）の近傍で閉鎖されている、請求項７記載のタービン翼（１０）。
【請求項１０】
前記上流の半径方向流路（Ｂ，Ｅ）は、前記翼（１０）の外部のクーラント供給部に接続されている、請求項１記載のタービン翼（１０）。
【国際調査報告】
2019526011.tif 000006
2019526011.tif 000007